Введение к работе
Актуальность темы. Во многих технологических процессах таких, например, как гетерогенный катализ, адсорбция и десорбция, сушка, выщелачивание и термическая обработка, ядерная энергетика и микробиотехнология, сыпучие среды, инфильтруемые в различных гидродинамических режимах газом или жидкостью играют важную роль И области, где активно происходит массообмен, характеризующий эти технологические процессы, необходимо уметь определять в целях правильного выбора геометрических и режимных параметров проектируемых аппаратов и реакторов Кроме того, в ряде задач геоэкологии, связанных с фильтрацией жидкости в грунтах, являющихся проницаемыми и рассеивающими пористыми средами, также чрезвычайно важными оказываются процессы массопереноса Дело в том, что качество подземных вод может значительно ухудшиться под влиянием антропогенных и природных воздействий, в частности, при размещении горно-металлургических отвалов, бытовых и радиоактивных свалок, скотомогильников, а также при возникновении разломов, оползней, провалов и т п в водоносных слоях В этой связи весьма актуальной становится возможность точной прогностической оценки возникающей экологической опасности и степени загрязнения водоносных слоев, оценки области, где концентрация вредной примеси становится выше предельно допустимой
Цель работы. Исследование гидродинамических и массообменных процессов при фильтрации жидкости в зернистом слое, где помещен источник массообменного и гидродинамического возмущения Оценка топологии дальней области возмущения, оценка зависимости формы и размера области следа от режимных и технологических параметров Основные задачи работы.
- теоретическое определение толщины концентрационного пограничного слоя
фильтрационно обтекаемого цилиндра, определение полного потока примеси в
фильтрующуюся жидкость при обтекании цилиндрического тела (внешний
массообмен или задача близко действия),
теоретическое определение геометрии (длины, ширины) следа при фильтрации жидкости в зернистом слое с точечным источником возмущения для плоского случая (задача дальнодействия),
теоретическое определение геометрии (длины, ширины) следа при фильтрации жидкости в зернистом слое с точечным источником возмущения для осесимметричного случая,
теоретическое определение геометрии (длины, ширины) следа при фильтрации жидкости в зернистом слое с точечным источником возмущения при наличии линейного поглощения среды,
- экспериментальное определение области возмущения точечным источником
для плоского и осесимметричного случая с целью сравнения с теоретически
полученными результатами
Научная новизна работы определяется следующими новыми результатами, полученными соискателем
экспериментально и теоретически (на базе точного решения) исследован процесс формирования области рассеяния примеси из точечного источника в плоском и осесимметричном однородно инфильтруемом зернистом слое,
впервые теоретически получены формулы для расчета зависимости от режимных параметров длины и ширины зоны распределения концентрации в области рассеяния примеси в фильтрационных течениях без поглощения и с линейным поглощением в объеме засыпки,
- впервые показано, что области, ограниченные изоконцентратами,
представляют собой однопараметрическое семейство замкнутых вложенных
друг в друга тел грушевидной формы (факелов),
- разработана методика экспериментальной оценки концентрации в точках
области рассеяния примеси,
- получены фотовидеоизображения областей повышенной концентрации
(факелов) в плоском и осесимметричном случаях,
- проведено сопоставление теоретической и экспериментальной оценок длины
факелов, показавшее их удовлетворительное соответствие
Практическая ценность.
разработана методика определения концентрации примеси при экспериментальном моделировании ее распространения в плоском и осесимметричном контуре,
- смоделирована экологическая ситуация вблизи источника химического,
биологического или радиационного загрязнения, помещенного в слой
водоносного грунта (водоносный горизонт), получены формулы, по которым
можно определить полный поток примеси с единицы длины цилиндра (задача
близкодействия), а также характер распространения примеси (длину и ширину
следа), неопасную зону, где концентрация ниже предельно допустимой (задача
дальнодействия),
- выработаны рекомендации по выбору геометрических параметров
проточного технологического аппарата в зависимости от режимных и
выходных технологических параметров процесса
Апробация работы.
Результаты работы докладывались
на Международной конференции по химическим технологиям, посвященной 100-летию со дня рождения Жаворонкова Н М , Москва, 17 -23 июня, 2007
на XIX и XX Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях», Воронеж, 2006, Ярославль 2007
- на Международной научной конференции «Новые информационные
технологии в медицине и экологии» Гурзуф, 2002
на Международной научно - практической конференции «Пути решения экологических проблем горно-металлургической отрасли стран СНГ»/ Мариуполь, 5-7 сентября 2003 г
на П Международной научно - практической конференции «Экологические проблемы индустриальных мегаполисов», / Москва, 2005г
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 9 печатных работах
Структура и объем работы. Диссертация объемом 97 страниц текста состоит из введения, шести глав, заключения и четырех приложений Диссертация включает 31 рисунок, список обозначений и список цитируемой литературы из 83 наименований
